Системы автоматизированного управления (стр. 7 )

Исследование АС на трех уровнях отражает разработку моделей объектов и процессов управления. Определяющим уровнем, задающим последовательность преобразований данных и получения необходимой информации, является функциональный уровень. Он может трактоваться, как уровень пользователя.

Регламентация получения соответствующей информации в нужное время и в необходимом виде определяет ее структуру и состав на базовом уровне, а также последовательность выполнения процедур преобразования данных на процедурном уровне. Функциональный уровень, обусловливающий технологию управления, является определяющим при проектировании всей информационной системы и тесно связан с организационной структурой предприятия.

Под организационной структурой предприятия понимаются состав, соподчиненность, взаимодействие и распределение работ по подразделениям и органам управления, между которыми устанавливаются определенные отношения по поводу реализации властных полномочий, потоков команд и информации [15].

Различают несколько типов организационных структур: линейные, функциональные, линейно-функциональные, дивизиональные, адаптивные. Рассмотрим основные характеристики этих структур.

Линейная структура характеризуется тем, что во главе каждого подразделения стоит руководитель, сосредоточивший в своих руках все функции управления и осуществляющий единоличное руководство подчиненными ему работниками. Его решения, передаваемые по цепочке "сверху вниз", обязательны для выполнения нижестоящими звеньями. Он, в свою очередь, подчинен вышестоящему руководителю.

На этой основе создается иерархия руководителей данной системы управления (например, мастер участка, начальник цеха, директор предприятия), т. е. реализуется принцип единоначалия, который предполагает, что подчиненные выполняют распоряжения одного руководителя. Вышестоящий орган управления не имеет права отдавать распоряжения каким-либо исполнителям, минуя их непосредственного начальника.

Линейная структура управления используется, как правило, малыми и средними предприятиями, осуществляющими несложное производство, при отсутствии широких кооперационных связей между предприятиями.

Функциональная структура предполагает специализацию выполнения отдельных функций управления. Для их осуществления выделяются отдельные подразделения (либо функциональные исполнители). Функциональная организация управления базируется на горизонтальном разделении управленческого труда. Указания функционального органа в пределах его компетенции обязательны для производственных подразделений.

Функциональная структура управления обычно применяется на крупных предприятиях. В США, например, эту структуру используют 25% крупных фирм.

Линейно-функциональная структура позволяет в значительной степени устранить недостатки как линейного, так и функционального управления. При этой структуре назначение функциональных служб – подготовка данных для линейных руководителей в целях принятия компетентных решений или возникающих производственных и управленческих задач.

Роль функциональных служб зависит от масштабов хозяйственной деятельности и структуры управления предприятием в целом. Чем крупнее фирма и сложнее ее управляющая система, тем более разветвленным аппаратом она располагает. В этой связи необходимо решать вопрос координации деятельности функциональных служб. Линейно-функциональные структуры управления используются в большинстве предприятий.

Дивизиональная (или отделенческая) структура управления – наиболее распространенная форма организации управления современной промышленной фирмы. Смысл ее состоит в том, что самостоятельные подразделения практически полностью отвечают за разработку, производство и сбыт однородной продукции (дивизионально-продуктовая структура управления), или самостоятельные отделения полностью отвечают за хозяйственные результаты на определенных региональных рынках (дивизионально-региональная структура управления).

Каждое отраслевое отделение представляет собой независимое производственно-хозяйственное подразделение, состоящее из отделений и заводов. Такое самостоятельное подразделение в большей степени ориентировано на максимизацию прибыли и завоевание позиций на рынке, чем при функциональной системе управления.

Линейная, линейно-функциональная и дивизиональная структуры относятся к категории бюрократических и относительно стабильны во времени.

С начала 60-х гг. XX в. многие организации стали разрабатывать и внедрять новые более гибкие типы организационных структур, которые в сравнении с бюрократическими, были лучше приспособлены к быстрой смене внешних условий и появлению новой наукоемкой технологии. Такие структуры называются адаптивными, поскольку их можно быстро модифицировать в соответствии с изменениями окружающей среды и потребностями самой организации.

Адаптивная структура управления характеризуется слабым или умеренным использованием формализации правил и процедур, децентрализацией и участием специалистов в принятии решений, широко определяемой ответственностью в работе, гибкостью структуры власти и небольшим количеством уровней иерархии.

При выборе структуры необходимо принимать во внимание условия, в которых действует конкретное предприятие. Бюрократические и адаптивные структуры представляют собой крайние точки в составе предприятий. Реальные структуры реальных предприятий лежат между ними, обладая признаками тех и других в разных соотношениях в соответствии с имеющимися условиями.

В настоящее время используются два основных типа адаптивных структур – проектные и матричные.

Проектная структура – это временные органы управления, созданные для решения конкретной задачи. Смысл ее состоит в том, чтобы собрать в одну команду самых квалифицированных сотрудников организации для осуществления сложного проекта. Когда проект завершен, команда распускается.

В матричной структуре члены проектной группы подчиняются как руководителю проекта, так и руководителям тех функциональных отделов, в которых они работают постоянно. Руководитель проекта обладает так называемыми проектными полномочиями. Они варьируются от почти всеобъемлющей линейной власти над всеми деталями проекта до "штабных" полномочий. Выбор конкретного варианта определяется тем, какие права делегирует руководителю проекта высшее руководство.

Основной недостаток матричной структуры – ее сложность. Тем не менее она используется в ряде отраслей промышленности, в частности, в химической, электронной, в производстве вычислительной техники,
а также в банках, системе страхования, правительственных учреждениях.

Выбор организационной структуры управления, в наибольшей степени отвечающей целям предприятия и учитывающей конкретные условия деятельности, осуществляется на основе тщательного анализа всех факторов, оказывающих на нее влияние, оценки преимуществ и недостатков различных типов организационных структур.

Организационная структура выражает форму разделения и кооперации труда в сфере управления и оказывает активное воздействие на процесс функционирования предприятия. Чем совершеннее структура управления, тем эффективнее воздействие на объект управления и выше результативность работы предприятия.

Организационная структура управления не является чем-то застывшим, она постоянно совершенствуется в соответствии с изменившимися условиями. Поэтому данные структуры отличаются большим разнообразием и определяются многими факторами и условиями. Важнейшие из них следующие:

– масштабы бизнеса (малый, средний, большой);

– производственные и отраслевые особенности предприятия (производство товаров, услуг, купля-продажа);

– характер производства (массовый, серийный, единичный);

– сфера деятельности фирм (местный, национальный, внешний рынок);

– уровень механизации и автоматизации управленческих работ;

– квалификация работников.

Построение организационных структур управления осуществляется с учетом следующих принципов:

- соответствие структуры управления целям и стратегии предприятия;

- единство структуры и функции управления;

- первичность функции и вторичность органа управления;

- рациональное сочетание в структуре управления централизации, специализации и интеграции функций управления;

- соотносимость структуры управления с производственной структурой предприятия;

- комплексная увязка в структуре управления всех видов деятельности;

- соответствие системы сбора и обработки информации организационной структуре управления.

При проектировании структуры управления необходимо соблюдать основное правило: вовлекать наименьшее число уровней управления и создавать кратчайшую цепь команд.

4.2.2. Принципы и особенности разработки АСУП

Разработка АСУ, порядок их создания и направления эффективного использования базируются на следующих принципах, впервые сформулированных [17].

1. Принцип новых задач. АСУ должны обеспечивать решение качественно новых управленческих проблем, а не механизировать приёмы управления, реализуемые неавтоматизированными методами. На практике это приводит к необходимости решения многовариантных оптимизационных задач на базе экономико-математических моделей большого объёма. Конкретный состав задач зависит от характера управляемого объекта.

Например, для машиностроительных и приборостроительных предприятий обычно наиболее важными оказываются задачи оперативно-календарного и объёмно-календарного планирования. Важную роль играет согласование во времени сменных заданий, как производственных, так и обеспечивающих (например, на материально-техническое снабжение), определение оптимальных объёмов партий продукции и оптимизация загрузки оборудования.

В системах управления отраслью первостепенное значение имеют оптимальное планирование работы предприятий, точное согласование сроков взаимных поставок, а также проблемы перспективного развития отрасли и задачи прогнозирования.

2. Принцип системного подхода к проектированию АСУ. Проектирование АСУ должно основываться на системном анализе как объекта, так и процессов управления им. Это означает необходимость определения целей и критериев эффективности функционирования объекта (вместе с системой управления), анализа структуры процесса управления, вскрывающего весь комплекс вопросов, которые необходимо решить, чтобы проектируемая система наилучшим образом соответствовала установленным целям и критериям. Этот комплекс охватывает вопросы не только технического, но также экономического и организационного характера. Поэтому внедрение АСУ даёт принципиально новые возможности для коренного усовершенствования системы экономических показателей и экономического стимулирования.

3. Принцип первого руководителя. Разработка требований к системе, а также создание и внедрение АСУ возглавляются основным руководителем соответствующего объекта (например, директором завода, начальником главка, министром).

4. Принцип непрерывного развития системы. Основные идеи построения, структура и конкретные решения АСУ должны позволять относительно просто настраивать систему на решение задач, возникающих уже в процессе эксплуатации АСУ в результате подключения новых участков управляемого объекта, расширения и модернизации технических средств системы, её информационно-математического обеспечения и т. д. Математическое обеспечение АСУ строится таким образом, чтобы в случае необходимости можно было легко менять не только отдельные программы, но и критерии, по которым ведётся управление.

5. Принцип единства информационной базы. Накапливается (и постоянно обновляется) информация, необходимая для решения не какой-то одной или нескольких задач, а всех задач управления.

При этом так называемые основные массивы образуют информационную модель объекта управления, которая должна содержать информацию обо всех элементах производства: кадровые данные на всех работающих; сведения об основных фондах; данные о запасах ресурсов, информацию о состоянии оборудования; планы (включая заявки на материально-техническое снабжение); цены и расценки; сведения о текущем состоянии банковских счетов предприятия и др.

6. Принцип комплексности задач и рабочих программ. Большинство процессов управления взаимосвязаны и поэтому не могут быть сведены к простому независимому набору отдельных задач. Например, задачи материально-технического снабжения связаны со всем комплексом задач оперативно-календарного планирования.

Раздельное решение задач планирования и материально-технического снабжения может значительно снизить эффективность АСУ. Принцип комплексности задач и рабочих программ характерен практически для всех классов автоматизированных систем обработки данных (проектирования, испытаний и др.).

7. Принцип согласования пропускной способности различных звеньев системы. Скорость обработки данных в различных сопряжённых контурах системы должна быть согласована таким образом, чтобы избежать информационных заторов (когда возникает возможность потери данных) или больших информационных пробелов (приводящих к неэффективному использованию некоторых элементов АСУ).

8. Принцип типовости. Разрабатывая технический комплекс, математическое обеспечение, рабочие программы и состав информационных массивов, необходимо стремиться к тому, чтобы предлагаемые решения подходили возможно более широкому кругу заказчиков.

Необходимо в каждом случае определять разумную степень типизации, при которой стремление к широкому охвату потребителей не приведёт к существенному усложнению типовых решений.

Перечислим основные особенности разработки АСУП по сравнению с техническими системами [5].

1. Создаваемая техническая система обычно предназначена для широкого применения. Разрабатываемая АСУП, подобно разработке уникальной технической системы, выполняется для конкретного предприятия и должна отражать его конкретные особенности, поэтому при применении типовых проектных решений специфичность влияет на структуру проектируемой АСУП.

2. Так как каждая АСУ является уникальной системой, ее испытание, монтаж, доводка возможны только после полного завершения проектных работ, отладки программ и монтажа технических устройств. Многие недостатки, нерациональные проектные решения проявляются лишь при попытках ввести АСУ в действие. Поэтому при разработке АСУ, в отличие от разработки технических систем, большое внимание уделяется начальным этапам, когда принимаются стратегические проектные решения (определение подсистем и задач, подлежащих автоматизации, выбор алгоритмов их решения, распределение задач по уровням и узлам системы
и т. п.).

3. Новые технические системы выпускаются без значительных изменений на протяжении сравнительно долгого времени. Развитие АСУП планируется заранее, начиная с самых ранних этапов ее разработки. Постепенное плановое развитие АСУП требует тщательного исследования вопросов взаимосвязи вводимых в разное время задач; основа эффективного их взаимодействия закладывается также на ранних стадиях разработки.

4. В технических системах решающую роль играет оборудование.
В АСУП главная роль принадлежит человеку, поэтому при ее разработке следует учитывать факторы, не играющие особой роли при проектировании технических систем (психологические факторы, методы морального и материального стимулирования и т. п.). При разработке АСУП доля затрат на оборудование значительно ниже, чем в технических системах, однако больше затраты на разработку, и эта разница в будущем увеличится.

Разработка информационного, организационно-методического, правового и эргономического видов обеспечения АС осуществляется в соответствии с требованиями заказчика (специалисты в управленческой, экономической, финансовой, правовой сферах).

Информационное обеспечение АСУП – это совокупность форм документов, классификаторов, нормативной базы и реализованных решений по объемам, размещению и формам существования информации, применяемой в АС при ее функционировании. Информационное обеспечение подразделяется на внемашинное и внутримашинное и состоит из следующих компонентов:

- фонда информации;

- системы классификации и кодирования информации;

- системы документации.

Фонд информации состоит из постоянной, оперативной и условно-постоянной информации. Постоянная информация представляет собой сведения о машинных программах, структурных и знаковых моделях информационных объектов и хранится в памяти компьютера. Оперативная информация представляет собой сведения об условиях решения автоматизированных задач, не хранится в памяти компьютера, а вводится перед запуском задачи. Условно-постоянная информация хранится в памяти компьютера достаточно длительный период времени и состоит из управленческой, экономической, финансовой, правовой, служебной, организационно-технологической и другой информации.

Процесс создания АС, как правило, начинается с изучения существующих входных, внутренних и выходных информационных потоков, системы документации, системы классификации и кодирования информации, фондов информации. На основании этой работы осуществляется определение и проектирование организации и технологии работ учреждения в условиях функционирования автоматизированной системы, состава подсистем и комплексов функциональных задач системы, способы организации информации в будущей АСУП.

Процессы обработки информации по степени сложности и затрат интеллектуального труда можно подразделить на три класса:

- структурированные задачи;

- слабоструктурированные задачи;

- неструктурированные задачи.

Структурированные задачи являются наиболее простыми и образуют класс полностью формализованных (или хорошо структурированных) процедур, выполнение которых, кроме затрат времени, трудностей для исполнителей не представляет. Эти задачи легко стандартизируются и программируются. К таким задачам относятся: учет и контроль, оформление документов, их тиражирование и рассылка и т. п. Подобные задачи в настоящее время решаются практически всеми автоматизированными информационными системами (“Бухгалтерский учет”, “Кадровая система”
и т. п.).

Слабоструктурированные задачи содержат неизвестные или неизмеряемые компоненты (количественно неоцениваемые). Для этих задач характерно отсутствие методов решения на основе непосредственных преобразований данных. Постановки задач базируются на принятии решения в условиях неполной информации. В ряде случаев на основе теории нечетких множеств и приложений этой теории удается построить формальные схемы решения.

Неструктурированные задачи содержат не формализуемые процедуры, базирующиеся на неструктурированной информации, которая определяется высокой степенью неопределенности. К таким относится большинство задач прогнозирования, перспективного планирования и т. п. Основой решения этого класса задач остаются творческий потенциал человека и различные атрибуты его деятельности (информированность, квалификация, талант, интуиция и т. п.).

Если для технических работников (обслуживающего персонала) характерно решение структурированных задач, то для руководителей –слабоструктурированных и неструктурированных задач. Процессы обработки информации по степени сложности и затрат интеллектуального труда специалистов занимают промежуточное положение.

Решение структурированных задач в современных АС обеспечивается использованием приобретаемого открытого ПО, собственного и приобретаемого специального ПО, баз данных, созданных самими пользователями в процессе их работы или промышленно функционирующих баз данных различного назначения.

Решение слабоструктурированных и неструктурированных задач может быть обеспечено на современном этапе развития компьютерных технологий использованием экспертных систем и систем поддержки принятия решений.

Основные стратегии внедрения современных информационных технологий в учреждениях:

– информационная технология приспосабливается к организационной структуре в ее существующем виде. Рационализируются только рабочие места, происходит локальная модернизация сложившихся методов работы;

– организационная структура модернизируется таким образом, чтобы информационная технология дала наибольший эффект. Максимальное развитие коммуникаций и разработка новых организационных взаимосвязей. Стратегия ориентируется на будущую организационную структуру, при которой происходит коллективная обработка документа.

4.3. Автоматизированные системы
научных исследований (АСНИ)

Проведение научных исследований на современном этапе сопровождается постановкой экспериментов на базе уникального оборудования с необходимостью обработки большого объема информации. Оперативная компьютерная обработка позволяет выявлять критические ситуации и своевременно принимать решения по дальнейшему ходу эксперимента. Автоматизация позволяет резко повысить оперативность и сократить сроки проведения эксперимента, ускорить разработку принципиально новой продукции.

Для повышения эффективности науки особое значение имеет автоматизация научных исследований, позволяющая получать более точные и полные модели исследуемых объектов и явлений, ускорять ход научных исследований и снижать их трудоемкость, изучать сложные объекты и процессы, исследование которых традиционными методами затруднительно или невозможно.

Применение АСНИ наиболее эффективно в тех современных областях науки и техники, которые имеют дело с использованием больших объемов информации. Например, сбор и обработка экспериментальных данных в радиофизике, исследования в области энергетики, разработки в области транспортных коммуникаций, сетей связи, социальные исследования и т. д.

В соответствии с определением автоматизированная система научных исследований (АСНИ) представляет собой программно-аппаратный комплекс на базе средств вычислительной техники, предназначенный для проведения научных исследований или комплексных испытаний образцов новой техники на основе получения и использования моделей исследуемых объектов, явлений и процессов.

Автоматизированные системы научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники обеспечивают повышение производительности труда в исследовательских и испытательных подразделениях, улучшение технико-экономических характеристик разрабатываемых объектов на основе использования точных моделей этих объектов, сокращения дорогостоящих натурных испытаний, исключения некоторых стадий опытно-конструкторских работ.

АСНИ отличаются от других типов автоматизированных систем (АСУ ТП, АСУП, САПР и т. д.) характером информации, получаемой на выходе системы. Прежде всего, это обработанные или обобщенные экспериментальные данные, но главное – полученные на основе этих данных математические модели исследуемых объектов, явлений или процессов.

Адекватность и точность таких моделей обеспечивается всем комплексом методических, программных и других средств системы. В АСНИ также используются математические модели для изучения поведения тех или иных объектов и процессов, а также разрабатываются математические модели для уточнения имеющихся моделей.

В связи с этим АСНИ являются системами для получения, корректировки или исследования моделей, используемых затем в других типах автоматизированных систем для управления, прогнозирования или проектирования.

Как правило, АСНИ создаются на базе серийных средств вычислительной техники широкого применения (процессоров, устройств памяти, дисплеев и т. п.), также в АСНИ применяется и специальная аппаратура для сопряжения ЭВМ с исследуемыми объектами.

АСНИ создаются в организациях и на предприятиях в целях:

- повышения эффективности и качества научных исследований на основе получения или уточнения с помощью АСНИ математических моделей исследуемых объектов, явлений или процессов, а также применения этих моделей для проектирования, прогнозирования и управления;

- получения качественно новых научных результатов, достижение которых принципиально невозможно без применения АСНИ;

- сокращения сроков, уменьшения трудоемкости научных исследований и комплексных испытаний образцов новой техники.

Достижение целей создания АСНИ обеспечивается путем совершенствования процессов научных исследований и испытаний на основе применения математических методов и средств вычислительной техники; автоматизации трудоемких работ; а также замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием.

Программно-аппаратный комплекс АСНИ состоит из средств методического, программного, технического, информационного и организационно-правового обеспечения. Взаимодействие исследуемого объекта, явления или процесса с АСНИ осуществляется через аппаратуру сопряжения, входящую в состав программно-аппаратного комплекса.

Взаимодействие подразделений научно-исследовательской организации или предприятия с АСНИ регламентируется средствами организационно-правового обеспечения системы.

Основная функция АСНИ состоит в получении результатов научных исследований (комплексных испытаний) путем автоматизированной обработки экспериментальных данных и другой информации, получения и исследования моделей объектов, явлений и процессов на основе применения математических методов, автоматизированных процедур, планирования и управления экспериментом.

Автоматизированные процедуры в АСНИ состоят в том, что исследования (испытания) объектов, явлений и процессов, получение и исследование математических моделей осуществляется путем взаимодействия пользователя с АСНИ в режиме диалога. В АСНИ могут осуществляться автоматические процедуры, при которых обработка данных, идентификация или построение математических моделей производятся без участия человека.

В АСНИ могут применяться также процедуры планирования и управления экспериментом, при которых использование моделирования корректирует условия эксперимента, а экспериментальная информация используется для выбора математической модели из некоторого заданного множества таких моделей.

Результатом функционирования АСНИ является подтверждение (отклонение) гипотез или совокупность законченных математических моделей, удовлетворяющая заданным требованиям, а также обработанные результаты исследований, наблюдений и измерений.

Функционирование АСНИ обеспечивает получение выходных документов, содержащих результаты научных исследований или испытаний, а также рекомендации по использованию этих результатов для прогнозирования, управления или проектирования.

Основными структурными звеньями АСНИ являются подсистемы. Подсистемой АСНИ называется выделенная по некоторым признакам часть АСНИ, обеспечивающая выполнение определенных автоматизированных процедур исследований (испытаний) и получение соответствующих выходных документов.

Различаются объектно-ориентированные (объектные) и обслуживающие подсистемы АСНИ.

Объектная подсистема осуществляет получение и обработку экспериментальных данных с некоторого объекта. Объектными могут быть, например, подсистемы: обработки экспериментальных данных, получаемых со специализированных установок (испытательных стендов), обработки данных на морских судах, системы для сейсморазведки и т. п.